[发明专利]一种同时测量速度场和浓度场的装置和方法

摘要

本发明提供了一种同时进行流体速度场和浓度场测量的装置和方法，尤其适合于测量流体混合过程中的速度场和浓度场在线测量。在待测流体或混合流体中某一个流体中同时加入示踪粒子和荧光试剂，采用粒子图像测速方法测量速度场，采用激光诱导荧光方法测量浓度场。在测量相机前设置分光装置，通过分光，滤镜和光路汇聚方法，在同一个图像内，形成由激光照射的图像部分和由诱导荧光照射的图像部分。两个图像的拍摄对象完全相同，但是显示不同波长范围的图像。激光照射部分进行速度场分析，诱导荧光照射部分进行浓度场分析。使用单个测量相机完成速度场和浓度场的同时测量，克服了多相机拍摄同步性差，结构复杂，成本高的问题。

主权项

1.一种同时测量速度场和浓度场的装置，其特征在于，主要包含双脉冲激光器(1)、片光源(2)、透明混合装置(3)、分光装置(5)、相机(4)、计算机(6)，激光器(1)与片光源(2)连接，片光源发射的平面片光照射到透明混合装置(3)上，其片光平面通过透明混合装置(3)的中心轴线，并与待测流场平面共面，所述分光装置(5)包括具有进光口(7)、出光口(8)的不透明的遮光外壳，以及设置在外壳内部的半透射透镜(9)、激光滤光片(12)、诱导荧光滤光片(11)、第一平面反射镜组、第二平面反射镜组，分光装置(5)的入光口(7)正对待测流场的测量平面，且入光口(7)平面与测量平面平行，所述第一平面反射镜组包括第一平面反射镜(10)、第二平面反射镜(16)、第三平面反射镜(15)，第二平面反射镜组包括第四平面反射镜(13)、第五平面反射镜(14)；所述半透射透镜(9)位于分光装置(5)的入射光路上、且与进光轴线成45度放置，第一平面反射镜(10)位于半透射透镜(9)的反射光路上、且与半透射透镜(9)的反射光轴线成45度角放置，第二平面反射镜(16)位于第一平面反射镜(10)的反射光路上、且与第一平面反射镜(10)的反射光轴线成45度角放置，第一平面反射镜(10)与第二平面反射镜(16)之间设置激光滤光片(12)，第三平面反射镜(15)位于第二平面反射镜(16)的反射光路上、且与第二平面反射镜(16)平行放置；诱导荧光滤光片(11)、第四平面反射镜(13)依次设置在半透射透镜(9)的透射光路上，第四平面反射镜(13)与半透射透镜(9)的透射光轴成45度放置，第五平面反射镜(14)位于第四平面反射镜(13)的反射光路上、且与第四平面反射镜(13)平行放置；所述分光装置(5)的出光口(8)位于第三平面反射镜(15)、第四平面反射镜(13)的反射光路上；相机(4)位于分光装置(5)出光口(8)处，其出光口(8)与相机(4)入光口连接，且出光口(8)光轴与相机(4)入光口光轴在同一直线上；所述相机(4)与计算机(6)相连；计算机(6)中内置有图像分割模块、PIV测速处理模块、PLIF浓度场处理模块，图像分割模块用于根据图像成像区域对应的光源特性进行图像分割；所述PIV测速处理模块用于对激光照亮部分的图像采用PIV测速方法处理获得速度场；PLIF浓度场处理模块用于对诱导荧光照亮部分的图像采用PLIF方法处理获得浓度场。